利用激光扫描制备高溶出率的溶出型钙钛矿氧化物的方法转让专利

申请号 : CN202210805111.4

文献号 : CN115196688B

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发明人 : 齐锦刚刘峻滔胡昕付星王冰唐立丹商剑

申请人 : 辽宁工业大学

摘要 :

一种利用激光扫描制备高溶出率的溶出型钙钛矿氧化物的方法,采用激光扫描处理装置激光扫描基板上凹槽内的粉体,使光纤激光器对凹槽内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为80W~400W、扫描速度0.003m/s~0.005m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.003m/s~0.006m/s,继续在激光功率80W~400W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物。优点是:采用的激光扫描处理装置结构简单,操作方便;出率高,且溶出后基体平滑紧实,从而实现提升钙钛矿型氧化物性能。

权利要求 :

1.一种利用激光扫描制备高溶出效率的溶出型钙钛矿氧化物的方法,其特征是:(1)采用激光扫描处理装置激光扫描基板上凹槽内的粉体;

所述激光扫描处理装置包括:

工作台,用于放置基板;

基板,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽;

凹槽,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;

光纤激光器,用于发射激光,对凹槽内的粉体进行激光处理;

机械臂,设置于工作台一侧,末端用于安装光纤激光器,调整光纤激光器与工作台的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽内的粉体充分扫描;

所述钙钛矿型氧化物前驱体粉体是采用溶胶‑凝胶制备的,溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体粉体时,采用金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,得到产品;

(2)对激光扫描处理装置的基板用丙酮进行超声清洗,去除基板表面及凹槽内的油污和氧化物;

(3)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽内表面;

(4)利用机械臂调整光纤激光器与基板的相对位置,使光纤激光器发射的激光发射端位于凹槽一端的正上方;然后,通过机械臂调控制光纤激光器发射端沿凹槽的长度方向移动至凹槽的另一端,使光纤激光器对凹槽内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为80W~400W、扫描速度0.003m/s~0.005m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.003m/s~0.006m/s,继续在激光功率80W~

400 W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物。

2.根据权利要求1所述的利用激光扫描制备高溶出效率的溶出型钙钛矿氧化物的方法,其特征是:对钙钛矿型氧化物前驱体粉体进行一次激光扫描和二次激光扫描时,激光功率为200W。

3.根据权利要求1所述的利用激光扫描制备高溶出效率的溶出型钙钛矿氧化物的方法,其特征是:ABO3钙钛矿型氧化物中B为任意比例的Ti元素和Co元素。

4.根据权利要求3所述的利用激光扫描制备高溶出效率的溶出型钙钛矿氧化物的方法,其特征是:Ti元素和Co元素的摩尔比为0.93:0.07。

5.根据权利要求4所述的利用激光扫描制备高溶出效率的溶出型钙钛矿氧化物的方法,其特征是:所述ABO3钙钛矿型氧化物为(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3。

6.根据权利要求5所述的利用激光扫描制备高溶出效率的溶出型钙钛矿氧化物的方法,其特征是:所述金属阳离子硝酸盐为硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴;其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr 元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:

0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr 元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。

7.根据权利要求1所述的利用激光扫描制备高溶出效率的溶出型钙钛矿氧化物的方法,其特征是:所述基板材质为低合金高强度钢,基板上凹槽长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm。

说明书 :

利用激光扫描制备高溶出率的溶出型钙钛矿氧化物的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用激光扫描制备高溶出率的溶出型钙钛矿氧化物的方法。

背景技术

[0002] 近年来,化学能源消耗量总量不断增加,在全球能源安全和可持续发展技术的推动下,新能源如风能、核能的消耗量比重开始逐年上升,开发设计新型可再生能源储存与转换系统应对能源与环境危机具有十分重要的意义。
[0003] 与传统型钙钛矿相比溶出型钙钛矿被发现具有更好的催化性能和电化学性能,对待碳氢燃料中的杂质耐受性较高,因此制备原位溶出型钛矿类氧化物材料能够有效解决目前固体氧化物燃料电池材料所存在的上述问题。
[0004] 以溶出型LSTC钙钛矿为例,LaCrO3系列钙钛矿ABO3型氧化物是研究较为透彻的一类固体氧化物燃料电池阳极材料,其中对B位掺杂Co、Ni、Fe等材料在对烃类燃料催化方面表现出较好的性能。溶出的Co纳米粒子由于金属氧化物界面增强提高了结晶性能,同时使材料导电性能提高。
[0005] 目前,较为常见的溶出手段主要有氢气高温还原、加电压、加电脉冲等,以上方法形成的溶出基体易形成孔洞、存在损伤基体、溶出率低等缺陷,如图21所示。因此需要寻找一种新型的钙钛矿溶出手段,并能够实现溶出率高,且溶出后基体平滑紧实,从而实现钙钛矿型氧化物性能的提升。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种方法简单,溶出率高,且溶出后基体平滑紧实,以提升钙钛矿型氧化物性能的利用激光扫描制备高溶出率的溶出型钙钛矿氧化物的方法。
[0007] 本发明的技术方案是:
[0008] 一种利用激光扫描制备高溶出率的溶出型钙钛矿氧化物的方法,其具体步骤如下:
[0009] (1)采用激光扫描处理装置激光扫描基板上凹槽内的粉体;
[0010] 所述激光扫描处理装置包括:
[0011] 工作台,用于放置基板;
[0012] 基板,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽;
[0013] 凹槽,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0014] 光纤激光器,用于发射激光,对凹槽内的粉体进行激光处理;
[0015] 机械臂,设置于工作台一侧,末端用于安装光纤激光器,可以调整光纤激光器与工作台的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽内的粉体充分扫描;
[0016] (2)对激光扫描处理装置的基板用丙酮进行超声清洗,去除基板表面及凹槽内的油污和氧化物;
[0017] (3)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽内表面;
[0018] (4)利用机械臂调整光纤激光器与基板的相对位置,使光纤激光器发射的激光发射端位于凹槽一端的正上方;然后,通过机械臂调控制光纤激光器发射端沿凹槽的长度方向移动至凹槽的另一端,使光纤激光器对凹槽内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为80W~400W、扫描速度0.003m/s~0.005m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.003m/s~0.006m/s,继续在激光功率80W~400W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物。
[0019] 进一步的,对钙钛矿型氧化物前驱体粉体进行一次激光扫描和二次激光扫描时,激光功率为200W,获得的溶出型钙钛矿氧化物粉体溶出率高。
[0020] 进一步的,ABO3钙钛矿型氧化物中B为任意比例的Ti元素和Co元素。
[0021] 进一步的,Ti元素和Co元素的摩尔比为0.93:0.07。
[0022] 进一步的优选,所述ABO3钙钛矿型氧化物为(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3。
[0023] 更进一步的优选,所述钙钛矿型氧化物前驱体是采用溶胶‑凝胶制备的,用来作为溶出原料,均匀性好,反应温度低,粉末活性高,产品纯度高,胶粒细小,掺杂物分布均匀,有利于钙钛矿型氧化物的溶出。
[0024] 作为更进一步的优选方案,溶胶‑凝胶制备(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体时,采用金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,得到产品;所述金属阳离子硝酸盐为硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴;其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0025] 进一步的,所述基板材质为低合金高强度钢,使其不参与反应并在激光扫描下未熔化;基板上凹槽长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm。
[0026] 本发明的有益效果:
[0027] (1)采用的激光扫描处理装置结构简单,操作方便;利用光纤激光器对钙钛矿型氧化物前驱体粉体施加激光扫描,一次激光扫描后,混合均匀再进行二次扫描,使粉体受热更完全并实现溶出,二次激光扫描为粉体提供瞬时高能,突破粉体的溶出势垒,在粉体内部形成大量焦耳热,即可得钙钛矿氧化物B位元素的原位溶出;溶出率高,且溶出后基体平滑紧实,从而实现提升钙钛矿型氧化物性能。
[0028] (2)通过短时的激光扫描处理即可获得溶出型钙钛矿,提高了溶出型钙钛矿的制备效率,对于钙钛矿材料性能的提升有很大影响。

附图说明

[0029] 图1是本发明的激光扫描处理装置的结构示意图;
[0030] 图中:1‑工作台,2‑基板,201‑凹槽,3‑光纤激光器,4‑机械臂;
[0031] 图2是本发明(对应实施例1)一次激光扫描后获得的钙钛矿型氧化物的XRD图;
[0032] 图3是本发明(对应实施例1)获得的溶出型钙钛矿氧化物的XRD图;
[0033] 图4是本发明(对应实施例1)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0034] 图5是本发明(对应实施例2)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0035] 图6是本发明(对应实施例3)获得的溶出型钙钛矿氧化物的XRD图;
[0036] 图7是本发明(对应实施例3)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0037] 图8是本发明(对应实施例4)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0038] 图9是本发明(对应实施例5)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0039] 图10是本发明(对应实施例6)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0040] 图11是本发明(对应对比例1)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0041] 图12是本发明(对应对比例2)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0042] 图13是本发明(对应对比例3)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0043] 图14是本发明(对应对比例4)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0044] 图15是本发明(对应实施例7)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0045] 图16是本发明(对应实施例8)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0046] 图17是本发明(对应实施例9)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0047] 图18是本发明(对应实施例10)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0048] 图19是本发明(对应实施例11)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0049] 图20是本发明(对应实施例12)获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图;
[0050] 图21是常规电脉冲溶出获得的溶出型钙钛矿氧化物的电镜图。

具体实施方式

[0051] 实施例1
[0052] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0053] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0054] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0055] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0056] 所述激光扫描处理装置包括:
[0057] 工作台1,用于放置基板2;
[0058] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0059] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0060] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0061] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0062] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0063] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0064] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为80W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,其XRD图如图2所示,然后调整扫描速度至0.006m/s,继续在激光功率80W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其XRD图如图3所示,电镜图如图4所示。
[0065] 实施例2
[0066] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0067] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0068] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0069] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0070] 所述激光扫描处理装置包括:
[0071] 工作台1,用于放置基板2;
[0072] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0073] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0074] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0075] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0076] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0077] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0078] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为150W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.006m/s,继续在激光功率150W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图5所示。
[0079] 实施例3
[0080] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0081] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0082] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0083] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0084] 所述激光扫描处理装置包括:
[0085] 工作台1,用于放置基板2;
[0086] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0087] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0088] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0089] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0090] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0091] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0092] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为200W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.006m/s,继续在激光功率200W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其XRD图如图6所示,电镜图如图7所示。
[0093] 实施例4
[0094] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0095] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0096] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0097] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0098] 所述激光扫描处理装置包括:
[0099] 工作台1,用于放置基板2;
[0100] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0101] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0102] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0103] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0104] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0105] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0106] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为250W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.006m/s,继续在激光功率250W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图8所示。
[0107] 实施例5
[0108] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0109] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0110] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0111] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0112] 所述激光扫描处理装置包括:
[0113] 工作台1,用于放置基板2;
[0114] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0115] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0116] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0117] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0118] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0119] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0120] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为300W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.006m/s,继续在激光功率300W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图9所示。
[0121] 实施例6
[0122] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0123] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0124] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0125] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0126] 所述激光扫描处理装置包括:
[0127] 工作台1,用于放置基板2;
[0128] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0129] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0130] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0131] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0132] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0133] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0134] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为400W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.006m/s,继续在激光功率400W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图10所示。
[0135] 实施例2~实施例6为实施例1不同激光扫描功率的平行试验,具体激光扫描功率和激光扫描速度如表1所示:
[0136] 表1本发明实施例1~实施例6两次扫描的扫描功率和扫描速度对比表[0137]
[0138] 对比例1
[0139] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0140] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0141] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0142] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0143] 所述激光扫描处理装置包括:
[0144] 工作台1,用于放置基板2;
[0145] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0146] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0147] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0148] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0149] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0150] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0151] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,激光功率为80W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,得到产品,其电镜图如图11所示。
[0152] 对比例2
[0153] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0154] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0155] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0156] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0157] 所述激光扫描处理装置包括:
[0158] 工作台1,用于放置基板2;
[0159] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0160] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0161] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0162] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0163] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0164] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0165] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,激光功率为150W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,得到产品,其电镜图如图12所示。
[0166] 对比例3
[0167] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0168] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0169] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0170] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0171] 所述激光扫描处理装置包括:
[0172] 工作台1,用于放置基板2;
[0173] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0174] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0175] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0176] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0177] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0178] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0179] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,激光功率为300W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,得到产品,其电镜图如图13所示。
[0180] 对比例4
[0181] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0182] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0183] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0184] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0185] 所述激光扫描处理装置包括:
[0186] 工作台1,用于放置基板2;
[0187] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0188] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0189] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0190] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0191] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0192] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0193] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,激光功率为350W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,得到产品,其电镜图如图14所示。
[0194] 对比例1~对比例4不同激光扫描功率的平行试验,具体激光扫描功率和激光扫描速度如表2所示:
[0195] 表2本发明对比例1~对比例4一次扫描的扫描功率和扫描速度对比表[0196]  加热功率(W) 扫描速度(m/s)
对比例1 80 0.003
对比例2 150 0.003
对比例3 300 0.003
对比例4 350 0.003
[0197] 由图11和图12比较可以看出,在一次扫描过程中,扫描速度不变,随着加热功率从80W增加到150W,从图中可看出成型的钙钛矿粉末表面缝隙减少,团簇现象得到改善,表面更加光滑,成型的钙钛矿性能得到改良。
[0198] 图4‑图10中所示细小嵌入性颗粒即为溶出的纳米Co粒子,溶出的纳米Co粒子镶嵌于钙钛矿基体表面,溶出效果明显。可以看出,激光二次扫描诱发了钙钛矿B位的溶出,对钙钛矿阳极性能的提升具有里程碑式的意义。
[0199] 图4图5图7是扫描速度不变,加热功率从80W增加到200W的电镜图,观察到表面生成了大量溶出颗粒,分布均匀,尺寸不一,在经过激光二次扫描后,瞬间施加的激光能量足以改变其表面状态,使粉体形貌发生变化,促使样品的致密度更高,粉体颗粒更加均匀,瞬间释放的能量所具有的驱动力更加有利于B位纳米粒子突破溶出势垒。同时经过上述三组实验发现随着加热功率的增大增加了纳米颗粒在钙钛矿粉体表面的成核位置,显著提高了纳米颗粒的溶出速率,颗粒密度也随着增大,具有很好的溶出现象,加热功率到200W后,溶出效果最佳
[0200] 图3是经经过二次扫描后的钙钛矿型氧化物通过D/max‑2500型X射线分析仪表征后可观察到明显的Co元素的溶出峰,该具有溶出性质的粉体XRD衍射图谱在2θ=44.0°左右处有新的衍射峰出现,与一次扫描后基体晶格结构信息基本相同,在析出金属Co后基体钙钛矿结构仍保持稳定。
[0201] 图6是经过二次扫描后的钙钛矿型氧化物通过D/max‑2500型X射线分析仪表征后可观察到明显的Co元素的溶出峰,该具有溶出性质的粉体XRD衍射图谱在2θ=43.5°左右处和50.7°左右处有新的衍射峰出现,且现象明显,可以证明经过电脉冲处理后,有Co元素从钙钛矿粉体内部溶出,增加活性位点,能有效提高材料的催化性能、焦化抗性和抗积碳性能。图8图9图10是扫描速度不变,加热功率从250W增加到400W的电镜图,观察到表面仍有溶出颗粒存在,分布均匀,但随着加热功率的再增大,溶出颗粒相对稀疏,颗粒尺寸较大,溶出性能下降,同样面积的材料,活性位点数目会对催化活性有较大影响,加热功率导致的颗粒尺寸、数目变化,意味着加热功率的改变导致激光扫描促进溶出现象可能存在着不同的作用机理,导致还原的金属颗粒存在不同的溶出机制。
[0202] 图2是在进行激光一次扫描后,通过D/max‑2500型X射线分析仪表征后发现样品所有特征衍射峰均符合SrTiO3相,且无任何其他杂相,激光一次扫描可以代替高温煅烧炉起到钙钛矿成型的作用,
[0203] 图11‑图14四组对比例进行扫描电子显微镜表征,随着加热功率从80W到350W的增加,钙钛矿粉末表面缝隙减少,更加紧实,表面形貌也越加平滑,团簇现象获得极大改善,易获得更加稳定的钙钛矿晶体结构。
[0204] 实施例7
[0205] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0206] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0207] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0208] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0209] 所述激光扫描处理装置包括:
[0210] 工作台1,用于放置基板2;
[0211] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0212] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0213] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0214] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0215] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0216] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0217] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为80W、扫描速度0.004m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.005m/s,继续在激光功率80W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图15所示。
[0218] 实施例8
[0219] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0220] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0221] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0222] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0223] 所述激光扫描处理装置包括:
[0224] 工作台1,用于放置基板2;
[0225] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0226] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0227] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0228] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0229] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0230] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0231] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为150W、扫描速度0.005m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.006m/s,继续在激光功率150W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图16所示。
[0232] 实施例9
[0233] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0234] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0235] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0236] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0237] 所述激光扫描处理装置包括:
[0238] 工作台1,用于放置基板2;
[0239] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0240] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0241] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0242] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0243] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0244] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0245] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为200W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.003m/s,继续在激光功率200W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图17所示。
[0246] 实施例10
[0247] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0248] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0249] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0250] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0251] 所述激光扫描处理装置包括:
[0252] 工作台1,用于放置基板2;
[0253] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0254] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0255] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0256] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0257] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0258] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0259] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为250W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.003m/s,继续在激光功率250W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图18所示。
[0260] 实施例11
[0261] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0262] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0263] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0264] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0265] 所述激光扫描处理装置包括:
[0266] 工作台1,用于放置基板2;
[0267] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0268] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0269] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0270] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0271] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0272] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0273] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为300W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.003m/s,继续在激光功率300W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图19所示。
[0274] 实施例12
[0275] (1)溶胶‑凝胶制备钙钛矿型氧化物前驱体
[0276] 采用硝酸镧、硝酸锶、硝酸钛和硝酸钴四种金属阳离子硝酸盐溶解于水中,混合柠檬酸和乙二醇作为络合剂水浴加热制成凝胶,然后鼓风干燥,制得(La0.7Sr0.3)0.93Ti0.93Co0.07O3钙钛矿型氧化物前驱体;
[0277] 其中,硝酸镧中的La元素、硝酸锶中的Sr元素、硝酸钛中的Ti元素、硝酸钴中的Co元素的摩尔比为0.651:0.279:0.93:0.07,金属阳离子硝酸盐中的La元素、Sr元素、Cr元素、Ni元素的总摩尔数与柠檬酸的摩尔比为1:1.93,柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1:1.2。
[0278] (2)采用激光扫描处理装置激光扫描基板2上凹槽201内的粉体;
[0279] 所述激光扫描处理装置包括:
[0280] 工作台1,用于放置基板2;
[0281] 基板2,所述基板2材质为低合金高强度钢,激光扫描过程中不参与反应,在表面开设长条状凹槽201,凹槽201长度为200mm、宽度为7mm、深度为1.5mm;
[0282] 凹槽201,用于盛放钙钛矿型氧化物前驱体粉体,是激光作用部位,钙钛矿型氧化物为ABO3钙钛矿型氧化物,其中,A为至少一种碱土金属元素、B为至少两种过渡元素;
[0283] 光纤激光器3,用于发射激光,对凹槽201内的粉体进行激光处理;
[0284] 机械臂4,设置于工作台1一侧,末端用于安装光纤激光器3,可以调整光纤激光器3与工作台1的相对位置,并保证激光处理过程中对凹槽201内的粉体充分扫描;
[0285] (3)对激光扫描处理装置的基板2用丙酮进行超声清洗,去除基板2表面及凹槽201内的油污和氧化物;
[0286] (4)使用涂膜器将钙钛矿型氧化物前驱体粉体均匀铺展于基体的凹槽201内表面;
[0287] (5)利用机械臂4调整光纤激光器3与基板2的相对位置,使光纤激光器3发射的激光发射端位于凹槽201一端的正上方;然后,通过机械臂4调控制光纤激光器3发射端沿凹槽201的长度方向移动至凹槽201的另一端,使光纤激光器3对凹槽201内的钙钛矿型氧化物粉体进行激光扫描,首先,调整激光功率为400W、扫描速度0.003m/s进行一次激光扫描后,一次激光扫描后将粉体混合均匀,然后调整扫描速度至0.003m/s,继续在激光功率400W下进行二次激光扫描,完成二次激光扫描后,获得溶出型钙钛矿氧化物,其电镜图如图20所示。
[0288] 实施例7~实施例12的具体激光扫描功率和激光扫描速度如表1所示:
[0289] 表1本发明实施例7~实施例12的两次扫描的扫描功率和扫描速度对比表[0290]
[0291] 图15‑图20均出现溶出现象,在经过激光二次扫描后,同样使Co元素溶出,清晰的观察到溶出颗粒极佳的分散性及均匀性,激光瞬间释放的能量能够促使钙钛矿B位元素溶出。同样上述六组实验发现在80W~200W之间随着加热功率的增大溶出现象得到明显提升,溶出颗粒数目增多,密度增大,加热功率到200W后,溶出效果最佳,在200W~400W之间溶出能力开始下降。与实施例1‑6相比在相同功率下,扫描速度改变发现形貌及溶出性能均变化不大,加热功率与扫描速度两者中加热功率起到主导作用,往往在高功率作用下扫描速度起到的作用更加微乎其微。
[0292] 由本发明实施例1~实施例12的电镜图可以看出,本发明方法溶出后基体平滑紧实,而图21的电脉冲溶出处理方式溶出基体损伤,存在孔洞,且与本发明实施例1~实施例12相比溶出率低。说明本发明方法与电脉冲相比,溶出率高,且溶出后基体平滑紧实,从而实现提升钙钛矿型氧化物性能。
[0293] 以上仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。